|
力学上存在着一种非常奇怪的现象：力学是一门定量的精确的科学，而力学中最基本的概念：力，却没有一个定量的精确的定义。人们对力的应用的研究远远超过了对力的起源的研究。美国诺贝尔奖金获得者R·费曼在他的《物理学讲义》中这样写道：“如果你坚持要得到一种力的精确定义的话，你永远也得不到它！” 许多物理学家相信，两个物体间的任何一种相互作用是通过交换粒子来实现的。例如认为强相互作用是交换胶子；电磁相互作用是交换光子；弱相互作用是交换中间玻色子；万有引力相互作用则是交换引力子。 力的交换机制把问题复杂化，存在许多令人困惑的问题。我们无法弄清楚交换的实质是什么和这一过程是如何实现的。只要稍微分析一下，就会发现如下问题： 1．对于万有引力而言，如果物质极小的话，组成它的粒子数总是有限的。但它周围物质的粒子数则可以是无限的，要和周围的每一部分物质发生作用，就必须与各个部分不断交换粒子。如果引力子是有质量的话，这就有可能出现如下情况：把这种物质所有的粒子全部拿来和周围物质交换还不够用呢！也就是说，它只能与周围部分物质产生万有引力，而不能和所有的物质产生万有引力。同样地，从周围飞进的粒子数又必然要大于飞出的粒子数。它们如何平衡？如果引力子是没有质量的话，这种交换就更加令人不可捉摸了。因为力是物体动量的变化率，而动量是质量与速度的积，没有质量的引力子的交换为什么会产生含有质量因数的力（F=ma）？ 2．如果两物体的相对位置在不断地变化，用于交换的粒子还必须有一套复杂的“制导”系统。不然的话，由于物体的位置发生了变化，这些粒子怎么可能准确地到达预定要去的位置呢？因此，这些“粒子”就成了一颗颗名副其实的“粒子导弹”。 3．物体里还必须有一个指挥机构，以便把不断飞来的粒子安排在适当的位置，并命令另外一些粒子飞向指定的物体去完成“交换”的使命。 4．这些粒子还必须具有相应的动力和制动设备，以便粒子能起飞和降落。 5．粒子交换的实质是什么，究竟交换了什么东西？ 6．粒子的交换为什么有时是产生吸引力而有时又是产生斥力？ 7．交换过程如何体现力的方向、大小和作用点？ 所有这些问题都无法解释。这样一幅极端复杂而有序的交换过程，只有上帝才能完成。 然而，用“力是物体间的相互碰撞。物体受力方向是它被碰方向，力的作用点是碰撞作用点，力的大小是碰撞剧烈程度的大小。”这一精确定义来解释以上问题则简单得多。 1．碰撞能产生力是客观事实。力的碰撞机制是实实在在的。 2．碰撞随机自发地进行，是自然而然发生的事，不须要任何制导系统和指挥机构。也不须要动力和制动设备。它根本不需要上帝的存在。 3．物体某一部位受到碰撞，可以通过物体内部分子之间一连串的碰撞传到物体内部任何位置。因此，碰撞总是发生在物体的某一部位，不需要物体内部任一部分都受到碰撞。 4．碰撞过程正好是一个相互交换动量过程： 由动量守恒定律可知，碰撞前的总动量和碰撞后的总动量是保持守恒的。在只有两个物体发生碰撞的情况下，其中一方增加的动量恰好为另一方减少的动量。只有这样，碰撞前后的动量才能保持守恒。因此碰撞过程的实质是碰撞双方交换了动量。 5．直接碰撞产生一对斥力，复杂碰撞可产生引力。 6．碰撞过程具有力的一切特征，其碰撞方向、碰撞剧烈程度的大小与碰撞作用点恰好和力的方向、力的大小与力的作用点一一对应。 牛顿力学体系并不是完善的，它存在着严重的缺陷。除了绝对空间、绝对时间和绝对惯性系等三大困难外，还存在一个力的定义不确切的根本问题。 力的定性定义是：力是物体间的相互作用；而定量的计算公式是：F=ma；很难看出这两者之间有什么联系。 “相互作用”一词的内涵是不确切的，用它来定义力也是不科学、不合理的。它不能最终回答这样的问题：力究竟是物体间的一种什么样的相互作用？ 正是因为力没有精确定义，其本质长期没有被揭示出来。使得力的统一的研究课题久攻不下，并处于这样一种难堪的局面：一百多年来，世界上最优秀的科学家前扑后继，企图把四种力统一起来，结果谁也没有成功。爱因斯坦花了后半生的时间，就连把万有引力和电磁力统一起来的努力，也以失败而告终。 要统一力，必须弄清力的本质，给力一个精确的定义，牛顿力学体系才能完善起来。 “力是物体间的相互碰撞”这一精确定义，则把力完全归还给大自然。它有着非常具体、客观和明确的物理意义。 力是物体间的相互碰撞，它的大小是碰撞的剧烈程度，也就是物体动量的变化率。即F＝ma。这就把力的定性定义同力的定量的数学表达式有机地结合起来了。从而解决了力的定义同力的计算公式之间的不统一问题。 必需强调指出：根据力的精确定义，力仍然是物体间的相互作用。但这种作用不是别的什么，而是碰撞。因此，力是物体运动状态改变的原因，就等效于碰撞是物体运动状态改变的真正原因。实际上，力不过是碰撞的代名词而已。 脱离具体的碰撞过程，把力抽象地定义为物体间的相互作用，只能使我们对力感到难以捉摸。同时，这一定义转移了人们的视线。使人们忽略了对具体碰撞过程的深入研究，导致力的起源问题被长期搁置起来。 由于许多力是由看不见的微观粒子相互碰撞而产生的，限于时代科学技术水平的限制，人们还不能一一发现参与碰撞的微观粒子，这也是力的起源被长期搁置的客观原因。 |